大氣環(huán)境化學(xué)第二次課程

大氣環(huán)境化學(xué)第二次課程1第一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)大氣中污染物的遷移大氣的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)地球的輻射平衡

大氣的組成第二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日一、大氣中結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.1大氣溫度層結(jié)由于地球旋轉(zhuǎn)作用以及距地面不同高度的各層次大氣對(duì)太陽(yáng)輻射吸收程度上的差異，使得溫度、密度等氣象要素在垂直方向上呈不均勻的分布。人們把靜大氣的溫度和密度在垂直方向上的分布稱為大氣溫度層結(jié)和大氣密度層結(jié)。第三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日一、大氣中結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)流層（troposphere）對(duì)流層的特點(diǎn)是：氣溫隨高度升高而降低，大約每上升100m，溫度降0.6℃?？諝饷芏却?。對(duì)流層平均厚度為10~12km，僅是大氣層厚度的1%，但是大氣總質(zhì)量的3/4以上和幾乎所有水汽集中在此層。天氣現(xiàn)象復(fù)雜多變。第四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日一、大氣中結(jié)構(gòu)和性質(zhì)平流層（stratosphere）特點(diǎn):空氣沒(méi)有對(duì)流運(yùn)動(dòng)，平流運(yùn)動(dòng)占顯著優(yōu)勢(shì)?？諝獗认聦酉”〉枚啵?、塵埃的含量甚微，很少出現(xiàn)天氣現(xiàn)象，透明度高。在高約15~35km范圍內(nèi)，有厚約20km的一層臭氧層，因?yàn)槌粞蹙哂形仗?yáng)短波紫外線（UV-B、UV-C）的能力，故使平流層的溫度隨高度升高，也防止了地球生命遭受高能輻射的傷害。第五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日1.2大氣垂直遞減率和逆溫

隨高度升高氣溫的降低率稱為大氣垂直遞減率。

T----絕對(duì)溫度，Kz----高度在對(duì)流層中，<0，Γ=0.6K/100m一、大氣中結(jié)構(gòu)和性質(zhì)第六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日左圖白天的層結(jié)曲線為ABC，夜晚近地面空氣冷卻較快，層結(jié)曲線變?yōu)镕EC，其中FE為逆溫層。以后隨著地面溫度降低，逆溫層加厚，在清晨達(dá)到最厚，如DB段。日出后地面溫度上升，逆溫層近地面處首先破壞，自下而上逐漸變薄，最后消失。lnP

CBEDFA一、大氣中結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.2大氣垂直遞減率和逆溫圖1-2輻射逆溫第七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日1.3氣塊的絕熱過(guò)程和干絕熱遞減率1、絕熱過(guò)程：即系統(tǒng)（氣塊）與周圍的環(huán)境沒(méi)有熱量交換。2、干過(guò)程：固定質(zhì)量的氣塊不經(jīng)歷發(fā)生水相變化的過(guò)程，即氣塊內(nèi)部不出現(xiàn)液態(tài)水和固態(tài)水。3、氣塊的干絕熱過(guò)程氣塊在干絕熱上升過(guò)程中，由于外界壓力減小而膨脹，就要抵抗外界壓強(qiáng)而做功，消耗內(nèi)能，因而氣塊溫度降低。相反，氣塊在干絕熱過(guò)程下降時(shí)，由于外界壓強(qiáng)增大而被壓縮，體積功被轉(zhuǎn)化為該塊空氣的內(nèi)能，因此溫度升高。(見(jiàn)P13,圖2-4)第八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

4、干絕熱垂直遞減率

：干空氣在上升時(shí)的溫度降低值與上升高度的之比,用表示。利用,對(duì)于上升的空氣可以得到如下關(guān)系:第九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

1.4大氣穩(wěn)定度概念：指氣層的穩(wěn)定度，即大氣中某一高度上的氣塊在垂直方向上相對(duì)穩(wěn)定的程度。大氣的穩(wěn)定度與大氣垂直遞減率和干絕熱垂直遞減率有關(guān):如果層結(jié)大氣使氣塊趨于回到原來(lái)的平衡位置，則稱層結(jié)是穩(wěn)定的,Γd>Γ;如果層結(jié)大氣使氣塊趨于繼續(xù)離開原來(lái)的位置，則稱層結(jié)是不穩(wěn)定的Γd<Γ;介于上兩者之間，Γd=Γ.第十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

1.4大氣穩(wěn)定度圖1-3大氣穩(wěn)定度第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

2.地球的輻射平衡2.1太陽(yáng)的輻射圖1-4太陽(yáng)和地球的輻射光譜

第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.2大氣成分對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收

第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.1大氣成分對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收

第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日2.3地球與大氣的能量平衡圖2-6地球的能量平衡第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日

3.大氣的組成3.1大氣組成分類按照停留時(shí)間的長(zhǎng)短，大氣組分可分為三類：準(zhǔn)永久氣體：N2、Ar、Ne、Kr、Xe?？勺兘M分：CO2、CH4、H2、N2O、O3、O2。強(qiáng)可變組分：H2O、CO、NO、NH3、SO2、碳?xì)浠衔?HC)、顆粒物、H2S。第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.2大氣組分的源、匯和氣體循環(huán)

源（source）大氣組分產(chǎn)生的途徑和過(guò)程。天然源（naturalsource）由自然界發(fā)生的物理、化學(xué)、生物過(guò)程向大氣輸送物質(zhì)；人為源（anthropogenicsource）人類生活、生產(chǎn)活動(dòng)向大氣輸送污染物。第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.2大氣組分的源、匯和氣體循環(huán)

匯（sink）大氣組分從大氣中去除的途徑和過(guò)程，包括：降水濕去除大氣中化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其它氣體或微粒地表物質(zhì)吸收或反應(yīng)去除向平流層輸送 第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.2大氣組分的源、匯和氣體循環(huán)

氣體循環(huán)：大氣組分通過(guò)大氣圈與其它圈層發(fā)生的物理、化學(xué)、生物過(guò)程進(jìn)行物質(zhì)交換、轉(zhuǎn)換。第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.3大氣污染物的類別

大氣污染的概念：大氣中存在的某種物質(zhì)超過(guò)了正常的環(huán)境水平，且對(duì)受體產(chǎn)生了可以測(cè)量出來(lái)的不良效應(yīng)。受體包括人、生物、材料、氣候等。第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.3大氣污染物的類別

按物理狀態(tài)分：氣態(tài)污染物（約占90%）：常溫下是氣體或蒸汽（gasesandvapors），就是以氣態(tài)方式輸入并停留在大氣中的污染物，包括SOx、NOx、COx、HC、CFCs等;大氣顆粒物（氣溶膠，占10%）：大氣氣溶膠體系中分散的各種粒子。第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.3大氣污染物的類別

按粒徑大小分A．總懸浮顆粒物TSP：采用標(biāo)準(zhǔn)的大容量采樣器在鋁膜上收集到的總顆粒物的質(zhì)量。采用標(biāo)準(zhǔn)的大容量采樣器在鋁膜上收集到的總顆粒物的質(zhì)量。B．飄塵SPM：Dp≤10mm的顆粒物。C．可吸入粒子IP：可通過(guò)呼吸進(jìn)入呼吸系統(tǒng)的顆粒物，Dp≤10mm。D．降塵：采用降塵罐所能收集到的顆粒物。細(xì)粒子：fineparticle,Dp＜2.5m或Dp＜3.5m粗粒子：coarseparticle,Dp＞2.5m或Dp＞3.5m第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.3大氣污染物的類別

按形成過(guò)程分A．一次污染物是指直接從污染源排放的污染物質(zhì)，如CO、SO2、NO等。B．二次污染物是指由一次污染物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)或光化學(xué)反應(yīng)形成的污染物質(zhì)，如光化學(xué)氧化劑Ox（由天然源和人為源排放的氮氧化合物和碳?xì)浠衔?，在日光照射下，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成的。主要包括臭氧、過(guò)氧乙酰硝酸酯、二氧化氮、醛類、過(guò)氧化氫等能危害動(dòng)植物，具有刺激性、氧化性的物質(zhì)。第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.3大氣污染物的類別

按化學(xué)類型分（1）含硫化合物（SO2、H2S、(CH3)2S、H2SO4）；（2）含氮化合物（NO、NO2、NH3、HNO2、N2O）；（3）一氧化碳和二氧化碳；（4）碳?xì)浠衔锖吞?、氫、氧化合物（烴類、醛、酮等）；（5）光化學(xué)氧化劑（O3、PAN、H2O2等）；（6）含鹵素化合物（HF、HCl和CFCs等）；（7）顆粒物（H2SO4、SO42-、NO-3、多環(huán)芳烴及重金屬元素等）；（8）放射性物質(zhì)。 第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.4大氣組分的濃度表示方法1．混合比單位表示法x（體積、質(zhì)量）

ppm（百萬(wàn)分之一）、pphm(一億分之一)，ppb(十億分之一)，ppt(萬(wàn)億分之一)等，這種濃度表示法主要用于氣態(tài)污染物，對(duì)于大氣中低濃度物質(zhì)是合適的。當(dāng)表示濃度相對(duì)較高的物質(zhì)時(shí)，比如源排放的物質(zhì)濃度時(shí)，可直接用百分?jǐn)?shù)表示。第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.4大氣組分的濃度表示方法1．混合比單位表示法x（體積、質(zhì)量）例：大氣中O3的本底濃度是0.03ppm(也可以是30ppb）,即空氣中每108個(gè)空氣分子，就有3個(gè)O3分子。

CO2的本底濃度是350ppm，即空氣中每106個(gè)空氣分子，就有350個(gè)CO2分子；第二十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日3.4大氣組分的濃度表示方法2．單位體積內(nèi)物質(zhì)的數(shù)量表示法（個(gè)數(shù)/cm3）用于比ppt還要低的濃度水平，例如自由基濃度等，表示每立方厘米空氣中有多少個(gè)分子、原子或自由基?？梢杂蓀pm換算過(guò)來(lái)。在大氣壓為101325Pa（標(biāo)準(zhǔn)氣壓）、溫度為25℃（298K）時(shí)，每立方厘米的分子數(shù)為：1ppm相當(dāng)于2.46×1013個(gè)

分子/cm3。

第二十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月2